🧷 컴퓨터 하드웨어 구성

<출처:유노코딩>

- CPU

CPU(Central Peocess Unit)는 중앙처리장치이고 컴퓨터에서 주요 연산들을 처리하는 컴퓨터 의 두뇌 역할을 수행하는 곳이다. ALU, CU, Register Set으로 구성되어 있다.

- ALU
ALU(Arithmetic Logical Unit)은 산술논리연산장치라 불리는 연산 담당 파트이다.
- CU
CU(Control Unit)은 연산할 명령어를 해석하는 파트이다.
- Register Set
데이터를 처리하기 위해 필요한 임시저장장치 이다.

- Main Memory

RAM(random access memory)이라는 저장장치로 구성되는 곳으로 프로그램의 실행 파일이 올 라가서 실행되는 영역이다. 워드나 게임같은 응용프로그램은 하드디스크나 SSD와 같은 보조기억장치
에 저장되어 있는 것이 보통의 상태인데, 사용자가 이것을 실행하게 되면 프로세스가 되고 그때 Main Memory로 올라가서 공간을 사용하게 된다.
Main Memory는 프로세스 관리를 위해 존재하는 중요한 메모리이다.

- 버스 시스템

컴퓨터를 구성하는 여러 요소들 사이에서 데이터를 주고받기 위해 사용하는 경로를 말한다.
주고 받는 데이터의 종류에 따라 데이터버스, 컨트롤버스, 어드레스버스 이렇게 3가지로 구분된 다. 키보드나 모니터 같은 외부의 입출력 장치들이 컴퓨터와 정보를 교환할 때도 버스시스템에 연 결이 된다.

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📌 CPU 구성

<출처:유노코딩>

- ALU (Arithmetic and logical unit)

• CPU는 컴퓨터 내부에서 주요 연산을 담당하고 그 역할을 하는 애가 ALU이고 나머지 구성은 연 산에 도움을 주는 역할 을 한다.
• 산술연산(+,- 등), 논리연산(and, or) 두가지 연산으로 나뉜다.

- CU (Control unit)

• C나 Java같은 컴파일 언어로 작성한 코드를 컴파일 하면 실행파일이 만들어진다. 이 실행파일 에는 CPU에게 일을 시키기 위해 명령어들이 다수 저장되어 있다. 이 명령어가 실행파일이 실행 되어 CPU에게 전달되고 나면 ALU에게는 어떠한 연산을 수행하라는 명령어가 주어져야 한다.
  컴퓨터는 10111같은 binary형태의 명령만 이해할 수 있는데, ALU는 이러한 binary형태 의 명령을 제대로 이해할 수 있는 능력이 없다.
• CU가 CPU로 들어온 10101같은 명령을 ALU에게 해석해서 어떤것을 연산해야 한다고 전달해 주는 역할을 한다.

- Register Set

• CPU내에 존재하는 아주 작은 메모리 공간이다. CPU내부에서 임시적으로 데이터를 저장하기 위 해 사용되는 공간이다. 쉽게말해, ALU가 연산을 하고 있는데 다른 명령어가 CPU로 들어왔을 때 임시적으로 대기하는 공간을 말한다.

• 역할별로 종류가 구별되어 있다.

  <많은 CPU가 공통으로 가지고 있는 주요 레지스터들>

  • 프로그램 카운터(Program Counter)

    메모리에서 가져다가 실행 할 다음 명령의 주소를 일시적으로 저장하는 레지스터

  • 인스트럭션 레지스터(Instruction Register)

    메인메모리에서 방금 가져와서 이제 해석해야하는 명령어를 저장하는 레지스터, 위의 주소에서 가져온 명령어가 잠시 머무르는 곳이다.

  • 어드레스 레지스터(Address Register)

    메모리의 주소를 저장하는 레지스터. CPU가 읽어드리고자 하는 주소값을 어드레스버스로 보낼 때 거치는 레지스터이다.

  • 버퍼 레지스터(Buffer Register)

    메모리에 읽거나 쓰려는 데이터나 명령을 일시적으로 저장하는 레지스터이다. 읽거나 쓴다는 것 은 데이터를 주고받는 것인데 데이터가 바로 쏴지지 않고 쏘기위해 대기하는 상태가 있고, 이 때 버퍼링이라는 과정이 필요하고, 그 버퍼링을 위해 사용하는 레지스터이다.

  • 플래그 레지스터(Flag Register)

    연산결과나 CPU상태에 대한 부가적인 정보를 저장하는 레지스터이다. 예를들어 연산이 끝났는 지 안끝났는지 저장한다.

  • 스택 포인터(Stack Pointer)

    스택의 꼭대기를 가르키는 레지스터이다. 스택이란 지역변수나 매개변수를 저장하기 위해 만든 메모리 영역인데, 이 메모리에서 다음 꺼내써야 할 데이터가 어디있는지 알려주기 위해서 사용 하는 것이 스택 포인터 레지스터이다.

📌 클럭 펄스 (Clock Pulse)

CPU의 구성은 아니지만 컴퓨터의 동작을 이해하기 위해 꼭 알아야할 기본개념

• 클럭펄스는 시스템 동기화를 위해 존재하고, 컴퓨터가 동작할 수 있는 동기화 시간을 제공하기 위해 서 필요한 것이다.
  CPU의 클럭펄스 스펙이 높다는 것은 초당 처리할 수 있는 명령의 개수가 그 만큼 많아진다는 의미 이고, 이는 컴퓨터의 성능과 밀접한 관계가 있다.

• 클럭 펄스 는 컴퓨터를 구성하는 요소요소에 제공되는 규칙적인 신호이다. CPU는 이에 맞춰서 일 을 한다.

• CPU는 왜 클럭펄스에 맞춰서 일을 해야만 하는가?

  시스템 동기화 때문에 그렇다. CPU가 처리하는 여러가지 명령들은 차례대로 등장하는 것이 아니기 때문에 매끄럽게 처리하기 위해서는 다양한 명령들이 가지런히 정리되어서 처리될 필요가 있다.
  컴퓨터에서 처리되는 다양한 명령들이 이 클럭펄스의 신호를 기반으로 동기를 맞춰 처리가 되게끔 되어있다.
  이러한 시스템이 매끄럽게 돌아갈 수 있게 도와주는 시스템이 운영체제이다.

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📌 일일과제

1. CPU의 구성요소 ALU, CU, 그리고 레지스터 각각의 역할을 간략하게 정리해보자.

   CPU(Central Peocess Unit)는 중앙처리장치이고 컴퓨터에서 주요 연산들을 처리하는 컴퓨터 의 두뇌 역할을 수행하는 곳이다. ALU, CU, Register Set으로 구성되어 있다.

   - ALU
   ALU(Arithmetic Logical Unit)은 산술논리연산장치라 불리는 연산 담당 파트이다.
   - CU
   CU(Control Unit)은 연산할 명령어를 해석하는 파트이다.
   - Register Set
   데이터를 처리하기 위해 필요한 임시저장장치 이다.
   

2. 메인 메모리와 보조기억장치의 차이를 간략하게 서술해보자.

   컴퓨터에 있는 응용프로그램이 실행되지 않은 상태에서는 보조기억장치에 저장되게 되고 실행되면 프로세스가 되어 메인 메모리의 공간을 사용하게 된다.

3. 버스시스템은 데이터를 주고받기 위한 경로로, 데이터의 종류에 따라 세가지로 구분 할 수 있다. 세가지는 무엇인지 말해보자.

   주고 받는 데이터의 종류에 따라 데이터버스, 컨트롤버스, 어드레스버스 이렇게 3가지로 구분된 다.